EP1150412A1 - Fehlerstrom-Schutzschalter und Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines Fehlerstrom-Schutzschalters - Google Patents
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- EP1150412A1 EP1150412A1 EP00108783A EP00108783A EP1150412A1 EP 1150412 A1 EP1150412 A1 EP 1150412A1 EP 00108783 A EP00108783 A EP 00108783A EP 00108783 A EP00108783 A EP 00108783A EP 1150412 A1 EP1150412 A1 EP 1150412A1
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Definitions
- the invention relates to a residual current circuit breaker, in particular on a residual current circuit breaker, with a summation current transformer and one wound around it Tax winding.
- the invention further relates to Procedure for checking the functionality of such Residual current circuit breaker.
- Such a residual current circuit breaker is used in electrical Systems for protecting people from dangerous body currents used. If a fault current occurs, the Circuit breaker the conductor of a conductor network.
- the circuit breaker is used as an independent unit or as a Additional module used for a switching device. Such an additional module is called a circuit breaker add-on.
- the so-called FI switch (residual current circuit breaker), from which Mains voltage dependent DI circuit breaker (residual current circuit breaker) distinguished. Both types of switches have one Total current transformer through which the conductors of a conductor network are led. Around the summation current transformer is one Control winding wound, which is connected to an evaluation unit is used to control a trigger. When it occurs of an impermissible fault current in the conductor network this from the summation current transformer with the associated evaluation unit detected, and the trigger disconnects via a switching mechanism the ladder of the ladder network.
- the fault current at which the circuit breaker triggers is called tripping fault current.
- the tripping fault current is in a fixed and defined by standards for the different types of residual current Relationship to the so-called nominal residual current.
- the Nominal residual current is a measure of the protection class for which the respective circuit breaker is designed.
- the FI / DI circuit breaker usually has a test facility with which the functionality of the circuit breaker can be checked.
- a test facility usually two primary conductors are connected in series from test resistor and test winding and over one actuatable test contact (button) forming a test circuit connected with each other.
- a fault current is thus generated which is generated by the total current transformer recorded with the associated evaluation unit becomes.
- Such a test facility is closed, for example refer to the article "Residual current circuit breaker for Protection against dangerous body currents ", etz, volume 110 (1989), No. 12, pp. 580-584).
- the invention has for its object a residual current circuit breaker as well as a procedure for checking its Specify functionality, being a simple and reliable Design of the circuit breaker is enabled.
- the task related to the circuit breaker is invented solved with a residual current circuit breaker, in particular a residual current circuit breaker, with a total current transformer and a tax winding wrapped around it, where a mains voltage-independent test circuit with a potential-free test winding wound around the total current transformer is provided.
- the invention is the Based on the idea of merely simulating a fault current. Thereby those with a flowing for an indefinite period are eliminated Test current related power loss problems.
- the key The element for simulating a fault current is the potential-free one Test winding, i.e. one around the total current transformer wound coil, which has no connection to the conductors of the conductor network.
- the simulation is based on the principle that depending the short-circuit resistance of the test winding through the Principle of induction: magnetization of the total current transformer is varied. This effect also occurs with a fault current on, because in this case the magnetic fields caused by the Total current transformers no longer lead each other cancel.
- the change in the magnetization of the summation current transformer is - as with a DC-sensitive DI circuit breaker usual - from that by means of an AC voltage excited control winding and the associated evaluation unit detected. Essentially, the over is evaluated the control winding has measurable or determinable permeability of the total current transformer, which is dependent on the change the magnetization of the total current transformer.
- the test circuit has one Test switch on, via which the test winding can be short-circuited is. This enables a particularly simple circuit Execution of the test circuit. Under test switch is especially to understand a test button.
- test circuit is advantageously without a separate one Power supply trained.
- the test is therefore carried out potential free in the sense that no own voltage source is available. Rather, it is sufficient because of the alternate magnetization of the total current transformer the control winding induced voltage in the test winding to be used for testing.
- the choice of the burden can be advantageous Way the measurable permeability can be set and thus a certain fault current can be simulated.
- Means The arrangement of the burden will therefore be a sensitivity check of the circuit breaker.
- the burden is in series with one Test switch switched resistor formed.
- the test circuit is a short circuit the short circuit therefore across the resistor, which is then in parallel is arranged to the test winding.
- the switchable Load dimensioned such that when the Test contact a trigger criterion specified for the circuit breaker fulfilled or exceeded by a defined amount is.
- the burden offers the opportunity to Check the sensitivity of the circuit breaker.
- the switchable burden dimensioned so that for the circuit breaker trigger criteria specified by standards exactly met is, increases in the tripping fault current over a permissible limit are recognized.
- the burden such that the trigger criterion by a certain Proper triggering can also occur with unfavorable component tolerances.
- the trigger criterion would be exceeded many times over. Such a test therefore relates to the pure one Functional test of the mechanical separation of the conductors.
- the Choice of burden to determine the one provided for the circuit breaker The trigger criterion depends on the structure of the Circuit breaker, for example on the number of windings the tax winding.
- the sensitivity check is the previous one Method of short circuiting two conductors due to the usual large nominal voltage range not or only strongly limited possible. Because with the conventional test facility the circuit breaker remains insensitive to a certain extent undetected. There is namely Danger that the circuit breaker due to a malfunction not at the specified tripping fault current, but only triggers at a multiple of it. During a functional check according to the conventional method, this would be Malfunction cannot be detected because of the short circuit the conductor of the tripping fault current significantly exceeded becomes. The one provided via the potential-free test winding The test method therefore enables significantly better ones Statements with regard to the functionality of the circuit breaker than a conventional test facility. In particular the risk of a malfunction is excluded remains undetected, and in the event of an emergency if a fault current occurs a person is harmed.
- the switchable burden is in an advantageous embodiment can be varied, in particular with regard to the nominal residual current adjustable circuit breakers for different sensitivities to be able to check.
- the variability of An adjustable potentiometer creates a burden in the test circuit or by using different Resistors in connection with, for example realized a multi-stage rotary switch in the test circuit.
- the Test circuit a permanently effective burden that over the control winding affects measurable permeability.
- this is permanent Burden often arranged parallel to the control or secondary winding, to determine the tripping behavior of the circuit breaker.
- this has the disadvantage of being parallel a load arranged to the control winding flows a current the evaluation of the voltage drop on one to the control winding Measuring resistor connected in series as a measure of the measured Permeability difficult.
- the arrangement of such has a permanent burden in the test circuit in view on the triggering behavior the same effect as that Arrangement parallel to the control winding, but offers the essential Advantage that the evaluation of the voltage drop at the measuring resistor connected in series to the control winding is significantly simplified.
- the permanently effective burden is preferably variable, so that a setting of the tripping fault current or the nominal fault current is possible. In connection with the possibility checking for different tripping fault currents due to the changeable switchable burden a proper triggering even with unfavorable component tolerances be ensured.
- the test winding is preferably symmetrical around the summation current transformer wrapped.
- the symmetrical or even Winding around the total current transformer ensures that the inhomogeneous caused by the load currents Abolish magnetic fields in their inductive effect, and that it does not induce interference voltages in the winding become. This is particularly necessary if the Test circuit that has a permanently effective burden, because with it is a field distribution-independent burden on the total current transformer achieved. Due to the even winding uneven field distributions in the converter core, for example caused by the dipole field of the load current, Averaged over the scope of the total current transformer.
- the test circuit has an additional switch or button for remote triggering of the circuit breaker, via which the test winding can be short-circuited is.
- test winding compared to that electrically connected to the conductor network Tax winding expediently good enough insulated to meet the safety requirements, which is a safe galvanic isolation of a remote release circuit to the ladder network.
- a preferred alternative is for remote triggering in addition to the test winding, another winding around the total current transformer intended. This is preferably also short-circuitable. If the circuit for remote triggering on dispensing with a permanently effective burden are a few Turns of the further winding sufficient to function to ensure remote triggering. The winding must be in this Trap not be symmetrical. This has the The advantage of simplified insulation from the control winding.
- the object related to the method is achieved according to the invention solved by the combination of features of claim 12. Then the functionality of a residual current circuit breaker through a test circuit with one around the total current transformer wound test winding simulated.
- circuit breaker preferred embodiments are analogous to the method transfer. Particularly useful configurations of the method are laid down in the subclaims.
- a residual current circuit breaker 2 has a summation current transformer 4, a control winding 6 wound around it and a functional unit 8.
- the latter includes both control and evaluation electronics for the control winding 6, as well as a trigger mechanism.
- Through the total current transformer 4 are the conductors L1, L2, L3 and the neutral conductor N led a conductor network.
- Each conductor is L1-L3, N.
- an interruption switch 10 is assigned, via which when it occurs conductors L1-L3, N by means of a switching mechanism shown in dashed lines 12 can be separated.
- the circuit breaker 2 according to FIG. 1 is therefore by definition as network-dependent DI circuit breaker designed.
- each DI circuit breaker 2 has, the circuit breaker according to 1 shows a test circuit 16 as an essential new feature with a test winding wound around the summation current transformer 4 18.
- Parallel to the test winding 18 is permanent effective burden R1 provided in the form of a resistor.
- the Test circuit 16 has a test switch 20, via which the test winding 18 over a further switchable burden R2 can be short-circuited.
- This is also designed as a resistor, which is arranged in series with the test switch 20.
- Part of a remote release circuit 22, which has a Remote release line 24 is connected to the test circuit 16 and has a switch 26 in parallel with the test switch 20 is arranged.
- the exemplary embodiment of a circuit breaker 2 according to FIG. 2 differs from that shown in FIG. 1 in that that the remote trigger circuit 22 as a separate Remote trigger circuit 22 formed with its own winding 30 and that the permanent load R1 and the switchable Load R2 as an adjustable resistor in the form a double potentiometer is formed.
- the remote release circuit 22 is here via the switch 26 and a resistance acting as burden R3 can be short-circuited to trigger to initiate the circuit breaker 2.
- FIG 3. 3 is a B-H diagram shown in which several magnetization curves I-IV are drawn are. Magnetic induction is on the ordinate B versus the magnetic field strength H on the abscissa applied. The individual magnetization curves I-IV point different slopes, with the magnetization curve I clear from a certain magnetic field strength H. bends into a saturation range. The slope of the individual magnetization curves I-IV corresponds to that of the Control winding 6 detected permeability ⁇ of the total current transformer 4. The permeability measured by the control winding 6 ⁇ is determined by the actual permeability of the Sum current transformer 4 and by superimposed effects.
- the control winding 6 is supplied with an alternating voltage, so that the summation current transformer 4 alternately magnetizes becomes.
- the magnetization curve is evaluated thereby at a working point Ha at a fixed one magnetic field strength H. This takes advantage of the fact that the Coil resistance of the control winding 6 with high permeability ⁇ is high and correspondingly with low permeability less.
- the voltage drop across the control winding 6 will evaluated via a measuring resistor 28 (cf. FIG. 4 and FIG 5).
- the test winding 18 is above the permanently effective burden R1 completed. Due to the alternating magnetization of the Total current transformer 4 via the control winding 6 is in the Test winding 18 induces a voltage and it flows in the Test circuit 16 a current, so that the test winding 16 a magnetic field is generated, which is that of the control winding 6 induced magnetization of the total current transformer 4 counteracts. The measured by the control winding 6 Permeability ⁇ is therefore lower than the actual permeability the total current transformer 4.
- the switchable burden R2 is now preferred chosen such that the change caused thereby in the measurable permeability ⁇ of the situation when it occurs a fault current, for example a tripping fault current corresponds to where the circuit breaker 2 is the conductor L1-L3, N separates.
- the burden R2 is switched on, this becomes Simulated occurrence of a fault current.
- test circuit 16 no separate power supply. Because Due to their functional principle, the test winding 18 induces a voltage in the test circuit 16.
- test circuit 16 Another advantage of the test circuit 16 is that they were also used for remote triggering can be. For this purpose, there are only corresponding remote release lines 24 to connect to the test circuit 16. In particular is the potential-free design of the test circuit 16 for such a remote triggering in terms of security Requirements beneficial. Will the test circuit 16 simultaneously used for remote triggering, see above care must be taken to ensure that the test winding 18 corresponds to the usual one control winding at the potential of the main circuit 6 is sufficiently well insulated.
- the test winding 18 is preferably symmetrical and arranged evenly around the summation current transformer 4. This makes the field current transformer 4 independent of the field distribution Burden provided for errors in evaluation due to inhomogeneities in the magnetic fields avoid. Such inhomogeneities are caused by asymmetrical Arrangement of the conductors L1-L3, N in the total current transformer 4 caused so that - even if no fault current flows - local magnetic fields occur which occur in the total current transformer 4 lead to local magnetizations. The induction effects of these local magnetizations stand out their sum only if a winding is homogeneous on the Converter core is distributed.
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Abstract
Um eine einfache versorgungsspannungsunabhängige Prüfschaltung (16) zu ermöglichen, die ein sicheres Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines Schutzschalters (2) gewährleistet, umfasst die Prüfschaltung (16) eine um einen Summenstromwandler (4) gewickelte potentialfreie Prüfwicklung (18). Diese wird vorzugsweise über einen Prüfschalter (20) und über eine zuschaltbare Bürde (R2) kurzgeschlossen. Dadurch wird das Auftreten eines Fehlerstroms simuliert. Durch geeignete Auswahl der zuschaltbaren Bürde (R2) besteht dabei in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, die Empfindlichkeit des Schutzschalters (2) zu überprüfen. <IMAGE>
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Fehlerstrom-Schutzschalter,
insbesondere auf einen Differenzstromschutzschalter, mit
einem Summenstromwandler und einer um diesen gewickelten
Steuerwicklung. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein
Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines solchen
Fehlerstrom-Schutzschalters.
Ein solcher Fehlerstrom-Schutzschalter wird in elektrischen
Anlagen zum Schutz des Menschen vor gefährlichen Körperströmen
eingesetzt. Bei Auftreten eines Fehlerstroms trennt der
Schutzschalter die Leiter eines Leiternetzes. Der Schutzschalter
wird als eigenständige Baueinheit oder auch als ein
Zusatzbaustein für ein Schaltgerät verwendet. Ein solcher Zusatzbaustein
wird als Schutzschalterzusatz bezeichnet.
Bei den Schutzschaltern wird der netzspannungsunabhängige,
sogenannte FI-Schalter (Fehlerstrom-Schutzschalter), von dem
netzspannungsabhängigen DI-Schutzschalter (Differenzstrom-Schutzschalter)
unterschieden. Beide Schaltertypen weisen einen
Summenstromwandler auf, durch den die Leiter eines Leiternetzes
geführt sind. Um den Summenstromwandler ist eine
Steuerwicklung gewickelt, die mit einer Auswerteeinheit verbunden
ist, über die ein Auslöser angesteuert wird. Bei Auftreten
eines unzulässigen Fehlerstroms im Leiternetz wird
dieser vom Summenstromwandler mit der dazugehörigen Auswerteeinheit
erfasst, und der Auslöser trennt über eine Schaltmechanik
die Leiter des Leiternetzes. Der Fehlerstrom, bei dem
der Schutzschalter anspricht, wird als Auslösefehlerstrom bezeichnet.
Der Auslösefehlerstrom steht in einem festen und
durch Normen für die unterschiedlichen Fehlerstromarten festgelegten
Verhältnis zu dem sogenannten Nennfehlerstrom. Der
Nennfehlerstrom ist ein Maß für die Schutzklasse, für die der
jeweilige Schutzschalter ausgelegt ist.
Der FI-/DI-Schutzschalter weist in der Regel eine Prüfeinrichtung
auf, mit der die Funktionsfähigkeit des Schutzschalters
überprüft werden kann. Bei einer solchen Prüfeinrichtung
werden gewöhnlich zwei Primärleiter über eine Reihenschaltung
aus Prüfwiderstand und Prüfwicklung und über einen
betätigbaren Prüfkontakt (Taster) einen Prüfstromkreis bildend
miteinander verbunden. Beim Schließen des Prüfkontakts
wird somit ein Fehlerstrom erzeugt, welcher von dem Summenstromwandler
mit der zugehörigen Auswerteeinheit erfasst
wird. Eine derartige Prüfeinrichtung ist beispielsweise zu
entnehmen aus dem Artikel "Fehlerstrom-Schutzschalter zum
Schutz gegen gefährliche Körperströme", etz, Band 110 (1989),
Heft 12, S. 580-584).
Beim Kurzschließen zweier Leiter zu Prüfzwecken besteht das
Problem, dass unter Umständen ein Prüfstrom über den Prüfstromkreis
permanent fließt, solange der Prüfkontakt betätigt
wird. Dieses Problem tritt dann auf, wenn die Verbindung des
Prüfstromkreises mit den Leitern des Leiternetzes auf der
Einspeiseseite der Netzspannung, also vor der Schaltmechanik
des Schutzschalters erfolgt, so dass selbst bei einem Trennen
der Leiter durch den Schutzschalter bei der Prüfung weiterhin
Strom im Prüfstromkreis fließt. Bei herkömmlichen Prüfeinrichtungen
ist daher oftmals ein mit der Schaltmechanik des
Schutzschalters gekoppelter Hilfsschalter in den Prüfstromkreis
geschaltet, der bei der Abschaltung des Schutzschalters
den Prüfstromkreis unterbricht, um die Unterbrechung des
Stromflusses sicher zu gewährleisten. Die Anordnung eines
Hilfsschalters erfordert jedoch zum einen zusätzliche Maßnahmen
und ist zum anderen beispielsweise bei FI-/DI-Zusätzen
aufgrund der nicht vorhandenen Schaltmechanik aus Platzgründen
nicht immer möglich. Falls kein Hilfsschalter angeordnet
werden kann, muss daher beispielsweise der Prüfstromkreis für
einen permanent fließenden Prüfstrom ausgebildet sein. Die
Auslegung für permanente Erregung ist insbesondere dann äußerst
aufwendig, wenn der Schutzschalter für hohe Nennfehlerströme
ausgelegt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fehlerstrom-Schutzschalter
sowie ein Verfahren zum Überprüfen seiner
Funktionsfähigkeit anzugeben, wobei eine einfache und funktionssichere
Ausgestaltung des Schutzschalters ermöglicht ist.
Die auf den Schutzschalter bezogene Aufgabe wird erfindungsgemäß
gelöst mit einem Fehlerstrom-Schutzschalter, insbesondere
ein Differenzstrom-Schutzschalter, mit einem Summenstromwandler
und einer um diesen gewickelten Steuerwicklung,
wobei eine netzspannungsunabhängige Prüfschaltung mit einer
um den Summenstromwandler gewickelten potentialfreien Prüfwicklung
vorgesehen ist.
Im Unterschied zu der bekannten Prüfeinrichtung, bei der
durch Kurzschluss zweier Leiter des Leiternetzes ein tatsächlicher
Fehlerstrom erzeugt wird, liegt der Erfindung die
Idee zugrunde, einen Fehlerstrom lediglich zu simulieren. Dadurch
entfallen die mit einem auf unbestimmte Zeit fließenden
Prüfstrom verbundenen Verlustleistungsprobleme. Das entscheidende
Element zur Simulation eines Fehlerstroms ist die potentialfreie
Prüfwicklung, also eine um den Summenstromwandler
gewickelte Spule, welche keine Verbindung zu den Leitern
des Leiternetzes aufweist.
Der Simulation liegt das Prinzip zugrunde, dass in Abhängigkeit
des Kurzschlusswiderstandes der Prüfwicklung durch das
Induktionsprinzip die Magnetisierung des Summenstromwandlers
variiert wird. Dieser Effekt tritt auch bei einem Fehlerstrom
auf, da sich in diesem Fall die Magnetfelder der durch den
Summenstromwandler geführten Leiter nicht mehr gegenseitig
aufheben. Die Veränderung der Magnetisierung des Summenstromwandlers
wird - wie bei einem allstromsensitiven DI-Schutzschalter
üblich - von der mittels einer Wechselspannung
angeregten Steuerwicklung und der dazugehörigen Auswerteeinheit
erfasst. Ausgewertet wird dabei im Wesentlichen die über
die Steuerwicklung messbare oder bestimmbare Permeabilität
des Summenstromwandlers, welche abhängig ist von der Änderung
der Magnetisierung des Summenstromwandlers.
In einer bevorzugten Ausführung weist die Prüfschaltung einen
Prüfschalter auf, über den die Prüfwicklung kurzschließbar
ist. Dies ermöglicht eine schaltungstechnisch besonders einfache
Ausführung der Prüfschaltung. Unter Prüfschalter ist
insbesondere auch ein Prüftaster zu verstehen.
Vorteilhafterweise ist die Prüfschaltung dabei ohne separate
Spannungsversorgung ausgebildet. Die Prüfung erfolgt daher
potentialfrei in dem Sinne, dass keine eigene Spannungsquelle
vorhanden ist. Es ist vielmehr ausreichend, die aufgrund der
wechselweisen Magnetisierung des Summenstromwandlers durch
die Steuerwicklung in der Prüfwicklung induzierte Spannung
zur Prüfung heranzuziehen.
In einer besonders zweckdienlichen Ausgestaltung weist die
Prüfschaltung eine zuschaltbare Bürde auf, mittels der die
über die Steuerwicklung messbare Permeabilität beeinflusst
wird. Durch die Wahl der Bürde kann dabei in vorteilhafter
Weise die messbare Permeabilität eingestellt werden und somit
eine bestimmte Fehlerstromstärke simuliert werden. Mittels
der Anordnung der Bürde wird daher eine Überprüfung der Empfindlichkeit
des Schutzschalters ermöglicht.
Vorzugsweise ist dabei die Bürde durch einen in Serie zum
Prüfschalter geschalteten Widerstand gebildet. Bei der Ausführung
der Prüfschaltung als Kurzschlussschaltung erfolgt
der Kurzschluss daher über den Widerstand, der dann parallel
zur Prüfwicklung angeordnet ist.
In einer besonders zweckdienlichen Ausgestaltung ist die zuschaltbare
Bürde derart bemessen, dass beim Schließen des
Prüfkontaktes ein für den Schutzschalter vorgegebenes Auslösekriterium
erfüllt oder um ein definiertes Maß übererfüllt
ist.
Wie bereits erwähnt, bietet die Bürde die Möglichkeit, die
Empfindlichkeit des Schutzschalters zu überprüfen. Wird die
zuschaltbare Bürde derart bemessen, dass das für den Schutzschalter
durch Normen vorgegebene Auslösekriterium exakt erfüllt
ist, können Anstiege des Auslösefehlerstromes über einen
zulässigen Grenzwert hinaus erkannt werden. Durch Wahl
der Bürde derart, dass das Auslösekriterium um ein bestimmtes
Maß übererfüllt ist, kann eine ordnungsgemäße Auslösung auch
bei ungünstigen Bauelementetoleranzen sichergestellt werden.
Bei einer reinen Kurzschlusswicklung mit Null-Ohm-Widerstand
wäre das Auslösekriterium um ein Vielfaches überschritten.
Eine derartige Prüfung bezieht sich daher auf die reine
Funktionsprüfung der mechanischen Trennung der Leiter. Die
Wahl der Bürde zur Bestimmung des für den Schutzschalter vorgesehenen
Auslösekriteriums hängt dabei vom Aufbau des
Schutzschalters, beispielsweise von der Anzahl der Wicklungen
der Steuerwicklung, ab.
Die Überprüfung der Empfindlichkeit ist bei der bisherigen
Methode des Kurzschlusses zweier Leiter aufgrund des üblicherweise
großen Nennspannungsbereiches nicht oder nur stark
eingeschränkt möglich. Denn bei der herkömmlichen Prüfeinrichtung
bleibt eine Unempfindlichkeit des Schutzschalters
bis zu einem gewissen Grad unentdeckt. Es besteht nämlich die
Gefahr, dass der Schutzschalter aufgrund einer Funktionsstörung
nicht beim festgelegten Auslösefehlerstrom, sondern
erst bei einem Vielfachen davon auslöst. Bei einer Funktionsüberprüfung
nach der herkömmlichen Methode würde diese
Funktionsstörung nicht entdeckt werden, da durch den Kurzschluss
der Leiter der Auslösefehlerstrom deutlich überschritten
wird. Die über die potentialfreie Prüfwicklung bereitgestellte
Prüfmethode ermöglicht daher deutlich bessere
Aussagen im Hinblick auf die Funktionsfähigkeit des Schutzschalters
als eine herkömmliche Prüfeinrichtung. Insbesondere
wird die Gefahr ausgeschlossen, dass eine Funktionsstörung
unentdeckt bleibt, und im Ernstfall bei Auftreten eines Fehlerstroms
ein Mensch Schaden nimmt.
In einer vorteilhaften Ausbildung ist die zuschaltbare Bürde
variierbar, insbesondere um bezüglich des Nennfehlerstromes
einstellbare Schutzschalter auf unterschiedliche Empfindlichkeiten
hin überprüfen zu können. Die Variierbarkeit der
Bürde wird beispielsweise durch ein einstellbares Potentiometer
in der Prüfschaltung oder auch durch den Einsatz unterschiedlicher
Widerstände beispielsweise in Verbindung mit
einem mehrstufigen Drehschalter in der Prüfschaltung verwirklicht.
Gemäß einer besonders zweckdienlichen Ausgestaltung weist die
Prüfschaltung eine dauernd wirksame Bürde auf, die die über
die Steuerwicklung messbare Permeabilität beeinflusst.
Bei herkömmlichen Schutzschaltern ist eine solche permanente
Bürde oftmals parallel zur Steuer-/ oder Sekundärwicklung angeordnet,
um das Auslöseverhalten des Schutzschalters festzulegen.
Dies hat jedoch den Nachteil, dass über die parallel
zur Steuerwicklung angeordnete Bürde ein Strom fließt, der
die Auswertung des Spannungsabfalls an einem zur Steuerwicklung
in Serie geschalteten Messwiderstand als Maß für die gemessene
Permeabilität erschwert. Die Anordnung einer solchen
permanent wirkenden Bürde in der Prüfschaltung hat im Hinblick
auf das Auslöseverhalten die gleiche Wirkung wie die
Anordnung parallel zur Steuerwicklung, bietet jedoch den wesentlichen
Vorteil, dass die Auswertung des Spannungsabfalls
an dem zur Steuerwicklung in Reihe geschalteten Messwiderstand
deutlich vereinfacht ist.
Bevorzugt ist die dauernd wirksame Bürde variierbar, so dass
eine Einstellung des Auslösefehlerstromes bzw. des Nennfehlerstromes
ermöglicht ist. Im Zusammenhang mit der Möglichkeit
der Überprüfung auf unterschiedliche Auslösefehlerströme
durch die veränderbare zuschaltbare Bürde kann damit eine
ordnungsgemäße Auslösung auch bei ungünstigen Bauelementetoleranzen
sichergestellt werden.
Vorzugsweise ist die Prüfwicklung symmetrisch um den Summenstromwandler
gewickelt. Die symmetrische oder gleichmäßige
Wicklung um den Summenstromwandler gewährleistet hierbei,
dass sich die durch die Lastströme verursachten inhomogenen
Magnetfelder in Summe in ihrer induzierenden Wirkung aufheben,
und dass somit keine Störspannungen in der Wicklung induziert
werden. Insbesondere ist dies erforderlich, wenn die
Prüfschaltung die permanent wirksame Bürde aufweist, denn damit
ist eine feldverteilungsunabhängige Bürdung des Summenstromwandlers
erzielt. Durch die gleichmäßige Wicklung werden
ungleichmäßige Feldverteilungen im Wandlerkern, beispielsweise
verursacht durch das Dipolfeld des Laststromes,
über den Umfang des Summenstromwandlers hinweg gemittelt.
In einer zweckdienlichen Ausgestaltung weist die Prüfschaltung
einen zusätzlichen Schalter oder Taster zur Fernauslösung
des Schutzschalters auf, über den die Prüfwicklung kurzschließbar
ist.
Insbesondere die potentialfreie Ausbildung der Prüfschaltung
ist im Hinblick auf sicherheitstechnische Vorgaben für eine
solche Fernauslösung von Vorteil. Gleichzeitig ist die Prüfwicklung
gegenüber der mit dem Leiternetz elektrisch verbundenen
Steuerwicklung zweckdienlicherweise ausreichend gut
isoliert, um die sicherheitstechnischen Vorgaben zu erfüllen,
welche eine sichere galvanische Trennung einer Fernauslöseschaltung
zu dem Leiternetz verlangen.
In einer bevorzugten Alternative ist für die Fernauslösung
neben der Prüfwicklung eine weitere Wicklung um den Summenstromwandler
vorgesehen. Diese ist vorzugsweise ebenfalls
kurzschließbar. Falls die Schaltung für die Fernauslösung auf
eine permanent wirksame Bürde verzichtet, sind einige wenige
Windungen der weiteren Wicklung ausreichend, um die Funktion
der Fernauslösung zu gewährleisten. Die Wicklung muss in diesem
Falle nicht symmetrisch ausgebildet sein. Dies hat den
Vorteil einer vereinfachten Isolation zur Steuerwicklung.
Die auf das Verfahren bezogene Aufgabe wird gemäß der Erfindung
gelöst durch die Merkmalskombination des Anspruchs 12.
Danach wird die Funktionsfähigkeit eines Fehlerstrom-Schutzschalters
durch eine Prüfschaltung mit einer um den Summenstromwandler
gewickelten Prüfwicklung simuliert.
Die im Hinblick auf den Schutzschalter erwähnten Vorteile und
bevorzugten Ausführungen sind sinngemäß auf das Verfahren zu
übertragen. Besonders zweckdienliche Ausgestaltungen des Verfahrens
sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen
Darstellungen:
- FIG 1
- ein Schaltbild eines Schutzschalters mit einer Prüfschaltung,
- FIG 2
- ein Schaltbild eines Schutzschalters mit modifizierter Prüfschaltung und einer separaten Fernauslöseschaltung,
- FIG 3
- ein B-H-Diagramm mit unterschiedlichen Magnetisierungskurven,
- FIG 4
- einen Ausschnitt aus der Schaltungsanordnung eines Schutzschalters mit einer parallel zur Steuerwicklung des Schutzschalters angeordneten Bürde und
- FIG 5
- eine ausschnittsweise Schaltungsanordnung eines Prüfschalters mit einer parallel zur Prüfwicklung angeordneten permanenten Bürde.
Gemäß FIG 1 weist ein Fehlerstrom-Schutzschalter 2 einen Summenstromwandler
4, eine um diesen gewickelte Steuerwicklung 6
sowie eine Funktionseinheit 8 auf. Letztere umfasst sowohl
eine Ansteuer- und Auswerteelektronik für die Steuerwicklung
6, als auch einen Auslösemechanismus. Durch den Summenstromwandler
4 sind die Leiter L1, L2, L3 sowie der Nullleiter
N eines Leiternetzes geführt. Jedem Leiter L1-L3,N ist
ein Unterbrechungsschalter 10 zugeordnet, über den bei Auftreten
eines unzulässigen Fehlerstroms die Leiter L1-L3,N
mittels eines gestrichelt dargestellten Schaltmechanismusses
12 getrennt werden.
Von den einzelnen Leitern L1-L3,N führen Versorgungsleitungen
14 zur Funktionseinheit 8, um für die darin integrierte
Elektronik eine Energieversorung bereitzustellen. Der Schutzschalter
2 gemäß FIG 1 ist daher definitionsgemäß als netzabhängiger
DI-Schutzschalter ausgebildet.
Neben den bisher beschriebenen Elementen, die jeder DI-Schutzschalter
2 aufweist, umfasst der Schutzschalter gemäß
FIG 1 als wesentliches neues Merkmal eine Prüfschaltung 16
mit einer um den Summenstromwandler 4 gewickelten Prüfwicklung
18. Parallel zur Prüfwicklung 18 ist eine permanent
wirksame Bürde R1 in Form eines Widerstandes vorgesehen. Die
Prüfschaltung 16 weist einen Prüfschalter 20 auf, über den
die Prüfwicklung 18 über eine weitere zuschaltbare Bürde R2
kurzschließbar ist. Diese ist ebenfalls als Widerstand ausgebildet,
der in Serie zum Prüfschalter 20 angeordnet ist. Im
Ausführungsbeispiel der FIG 1 ist die Prüfwicklung 18 zugleich
Teil einer Fernauslöseschaltung 22, die über eine
Fernauslöseleitung 24 mit der Prüfschaltung 16 verbunden ist
und einen Schalter 26 aufweist, der parallel zum Prüfschalter
20 angeordnet ist.
Aus Sicherheitsgründen und um die Stoßstromfestigkeit des
Schutzschalters zu gewährleisten, kann parallel zur Steuerwicklung
und/oder zur Prüfwicklung ein spannungsbegrenzendes
Element vorgesehen sein.
Das Ausführungsbeispiel eines Schutzschalters 2 gemäß FIG 2
unterscheidet sich von dem in FIG 1 dargestellten dahingehend,
dass die Fernauslöseschaltung 22 als eine separate
Fernauslöseschaltung 22 mit eigener Wicklung 30 ausgebildet
ist, und dass die permanent wirkende Bürde R1 und die zuschaltbare
Bürde R2 als einstellbarer Widerstand in Form
eines Doppelpotentiometers ausgebildet ist. Die Fernauslöseschaltung
22 ist hierbei über den Schalter 26 und über einen
als Bürde R3 wirkenden Widerstand kurzschließbar, um die Auslösung
des Schutzschalters 2 zu veranlassen.
Die Wirkungsweise der Prüfschaltung 16 zur Überprüfung der
Funktionsfähigkeit des Schutzschalters 2 wird im Folgenden in
Verbindung mit FIG 3 erläutert. In FIG 3 ist ein B-H-Diagramm
abgebildet, in dem mehrere Magnetisierungskurven I-IV eingezeichnet
sind. Auf der Ordinate ist die magnetische Induktion
B gegenüber der magnetischen Feldstärke H auf der Abszisse
aufgetragen. Die einzelnen Magnetisierungskurven I-IV weisen
unterschiedliche Steigungen auf, wobei die Magnetisierungskurve
I ab einer bestimmten magnetischen Feldstärke H deutlich
in einen Sättigungsbereich abknickt. Die Steigung der
einzelnen Magnetisierungskurven I-IV entspricht der von der
Steuerwicklung 6 erfassten Permeabilität µ des Summenstromwandlers
4. Die von der Steuerwicklung 6 gemessene Permeabilität
µ wird bestimmt durch die tatsächliche Permeabilät des
Summenstromwandlers 4 sowie durch überlagerte Effekte. Ein
solcher überlagerter Effekt ist beispielsweise das Auftreten
eines Fehlerstroms im Leiternetz, oder auch eine Bürde. Beide
Effekte bewirken eine Veränderung des Verlaufs der Magnetisierungskurve
und werden von der Steuerwicklung mit der zugehörigen
Auswerteeinheit erfasst. Die Permeablität µ, also die
Steigung der Magnetisierungskurve, wird in der Regel durch
die permanente Bürde R1 eingestellt. Dabei wird die Steigung
der Magnetisierungskurve mit geringerem Widerstandswert der
Bürde R1 immer flacher. Über die permanente Bürde R1 wird das
Auslöseverhalten des Schutzschalters 2 mitbestimmt.
Die Steuerwicklung 6 wird mit einer Wechselspannung beaufschlagt,
so dass der Summenstromwandler 4 wechselweise magnetisiert
wird. Die Auswertung der Magnetisierungskurve erfolgt
dabei in einem Arbeitspunkt Ha bei einer festgelegten
magnetischen Feldstärke H. Dabei wird ausgenutzt, dass der
Spulenwiderstand der Steuerwicklung 6 bei hoher Permeabilität
µ hoch ist und bei geringer Permeabilität entsprechend
geringer. Der Spannungsabfall an der Steuerwicklung 6 wird
über einen Messwiderstand 28 ausgewertet (vgl. hierzu FIG 4
und FIG 5).
Über die permanent wirksame Bürde R1 ist die Prüfwicklung 18
abgeschlossen. Aufgrund der wechselweisen Magnetisierung des
Summenstromwandlers 4 über die Steuerwicklung 6 wird in der
Prüfwicklung 18 eine Spannung induziert und es fließt in der
Prüfschaltung 16 ein Strom, so dass von der Prüfwicklung 16
ein Magnetfeld erzeugt wird, welches der von der Steuerwicklung
6 hervorgerufenen Magnetisierung des Summenstromwandlers
4 entgegenwirkt. Die von der Steuerwicklung 6 gemessene
Permeabilität µ ist daher geringer als die tatsächliche Permeabilität
des Summenstromwandlers 4.
Bei der Betätigung des Prüfschalters 20 wird die weitere
Bürde R2 zugeschaltet, so dass die messbare Permeabilität µ
erneut verändert wird. Je geringer dabei der Widerstandswert
der weiteren Bürde R2 ist, desto größer ist die Änderung der
Permeabilität µ. Die zuschaltbare Bürde R2 wird nun vorzugsweise
derart gewählt, dass die dadurch hervorgerufene Änderung
in der messbaren Permeabilität µ der Situation bei Auftreten
eines Fehlerstroms, beispielsweise eines Auslösefehlerstroms
entspricht, bei dem der Schutzschalter 2 die Leiter
L1-L3,N trennt. Mit Zuschalten der Bürde R2 wird demnach das
Auftreten eines Fehlerstroms simuliert.
Der entscheidende Vorteil dieser Prüfmethode ist darin zu sehen,
dass durch Wahl eines geeigneten Widerstandswerts für
die Bürde R2 unterschiedlich hohe Auslösefehlerströme simuliert
werden können, und dass damit die Empfindlichkeit des
Schutzschalters 2 überprüft werden kann. Zudem bedarf die
Prüfschaltung 16 keiner separaten Spannungsversorgung. Denn
aufgrund ihres Funktionsprinzips wird über die Prüfwicklung
18 eine Spannung in die Prüfschaltung 16 induziert.
Ein weiterer Vorteil der Prüfschaltung 16 ist darin zu sehen,
dass sie gleichzeitig für eine Fernauslösung herangezogen
werden kann. Hierzu sind lediglich entsprechende Fernauslöseleitungen
24 mit der Prüfschaltung 16 zu verbinden. Insbesondere
die potentialfreie Ausbildung der Prüfschaltung 16 ist
für eine solche Fernauslösung im Hinblick auf sicherheitstechnische
Anforderungen von Vorteil. Wird die Prüfschaltung
16 gleichzeitig für eine Fernauslösung herangezogen, so
ist darauf zu achten, dass die Prüfwicklung 18 zu der üblicherweise
auf Potential des Hauptstromkreises liegenden Steuerwicklung
6 ausreichend gut isoliert ist.
Bei der Anordnung der permanenten Bürde R1 in der Prüfschaltung
16 gemäß FIG 1 ist die Prüfwicklung 18 vorzugsweise symmetrisch
und gleichmäßig um den Summenstromwandler 4 angeordnet.
Damit wird für den Summenstromwandler 4 eine feldverteilungsunabhängige
Bürde bereitgestellt, um Fehler bei der Auswertung
aufgrund von Inhomogenitäten der Magnetfelder zu
vermeiden. Solche Inhomogenitäten der werden durch unsymmetrische
Anordnung der Leiter L1-L3,N im Summenstromwandler
4 hervorgerufen, so dass - selbst wenn kein Fehlerstrom
fließt - lokale Magnetfelder auftreten, welche im Summenstromwandler
4 zu lokalen Magnetisierungen führen. Die Induktionswirkungen
dieser lokalen Magnetisierungen heben sich in
ihrer Summe nur dann auf, wenn eine Wicklung homogen auf dem
Wandlerkern verteilt ist.
Anhand der FIG 4 und FIG 5 wird die vorteilhafte Anordnung
der permanenten Bürde R1 parallel zur Prüfwicklung 18 anstelle
der Anordnung parallel zur Steuerwicklung 6 erläutert.
Die FIG 4 zeigt dabei die herkömmliche Anordnung der Bürde R1
parallel zur Steuerwicklung 6, und FIG 5 die neue Anordnung
der permanenten Bürde R1 innerhalb der Prüfschaltung 16. Die
Steuerwicklung 6 wird über einen Spannungsgenerator 32 mit
einer Wechselspannung beaufschlagt. In Serie zur Prüfwicklung
6 ist jeweils der bereits erwähnte Messwiderstand 28
angeordnet, über den der Spannungsabfall an der Steuerwicklung
6 als Maß für die messbare Permeabilität erfasst wird.
Parallel zum Messwiderstand 28 ist eine Auswerteschaltung 34
vorgesehen. Bei der Anordnung gemäß FIG 4 fließt sowohl über
die Steuerwicklung 6 ein Teilstrom I1 als auch über die permanente
Bürde R1 ein Teilstrom I2. Der Spannungsabfall U über
dem Messwiderstand 28 wird bestimmt durch beide Teilströme
I1, I2. Im Gegensatz hierzu fließt gemäß dem Ausführungsbeispiel
nach FIG 5 der gesamte Strom I1' über die Steuerwicklung
6. Dies vereinfacht die Auswertung des Spannungsabfalls
U am Messwiderstand 28.
Claims (15)
- Fehlerstrom-Schutzschalter (2), insbesondere Differenzstrom-Schutzschalter, mit einem Summenstromwandler (4) und einer um diesen gewickelten Steuerwicklung(6), dadurch gekennzeichnet, dass eine netzspannungsunabhängige Prüfschaltung (16) mit einer um den Summenstromwandler (4) gewickelten potentialfreien Prüfwicklung (18) vorgesehen ist.
- Schutzschalter (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfschaltung (16) einen Prüfschalter oder -taster (20) aufweist, über den die Prüfwicklung (18) kurzschließbar ist.
- Schutzschalter (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfschaltung (16) ohne separate Spannungsversorgung ausgebildet ist.
- Schutzschalter(2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfschaltung (16) eine zuschaltbare Bürde (R2) aufweist, die die über die Steuerwicklung (6) messbare Permeabilität (µ) beeinflusst.
- Schutzschalter (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zuschaltbare Bürde (R2) durch einen in Serie zum Prüfschalter (20) geschalteten Widerstand gebildet ist.
- Schutzschalter (2) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zuschaltbare Bürde (R2) derart bemessen ist, dass ein für den Schutzschalter (2) vorgegebenes Auslösekriterium erfüllt oder um ein definiertes Maß übererfüllt ist.
- Schutzschalter (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zuschaltbare Bürde (R2) variierbar ist.
- Schutzschalter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfschaltung (16) eine dauernd wirksame Bürde (R1) aufweist, die die über die Steuerwicklung (6) messbare Permeabilität (µ) beeinflusst.
- Schutzschalter (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dauernd wirksame Bürde (R1) variierbar ist.
- Schutzschalter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfwicklung (16) symmetrisch um den Summenstromwandler (4) gewickelt ist.
- Schutzschalter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Fernauslösung die Prüfschaltung (16)einen Schalter (26) aufweist, über den die Prüfwicklung (18) kurzschließbar ist.
- Schutzschalter (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Fernauslösung eine weitere Wicklung (30) um den Summenstromwandler (4) vorgesehen ist.
- Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines Fehlerstrom-Schutzschalters (2), insbesondere Differenzstrom-Schutzschalter, welcher einen Summenstromwandler (4) mit einer um diesen gewickelten Steuerwicklung (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftreten eines Fehlerstroms durch eine netzspannungsunabhängige Prüfschaltung (16) mit einer um den Summenstromwandler (4) gewickelten potentialfreien Prüfwicklung (18) simuliert wird.
- Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfwicklung (18) über eine zuschaltbare Bürde (R2) kurzgeschlossen wird, so dass die über die Steuerwicklung (6) die messbare Permeabilität (µ) einen definierten Wert einnimmt.
- Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine variable Bürde (R2) eingesetzt wird.
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